5
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. POLIMER
Kata polimer pertama kali digunakan oleh kimiawan Swedia Berzelius pada tahun 1833. Sepanjang abad 19 para ilmuwan bekerja dengan makromolekul tanpa memiliki suatu pengertian yang jelas mengenai strukturnya. Sebenarnya, beberapa polimer alam yang termodifikasi telah dikomersialkan. Polimer berasal dari bahasa Yunani yaitu poly, yang berarti banyak, dan mer, yang berarti bagian atau satuan. Ciri utama polimer yakni mempunyai rantai yang sangat panjang dan memiliki massa molekul yang besar (Stevens, 2001). Polimer merupakan rangkaian molekul panjang yang tersusun dari pengulangan kesatuan molekul yang kecil dan sederhana. Molekul kecil dan sederhana penyusun polimer disebut dengan monomer. Polimer dengan massa molekul yang besar disebut dengan polimer tinggi. Polimer tinggi terdapat di alam seperti pati, selulosa, protein, dan kitosan serta yang dapat disintesis di laboratorium misalnya : polivinil klorida, polivinil alkohol, poliasam laktat, polimetil metakrilat, polietilena. Plastik merupakan salah satu contoh polimer tinggi karena memiliki massa molekul yang besar yaitu di atas 10.000 (Oktaviana, 2002).
6
2.1.1. Klasifikasi Polimer 2.1.1.1. Berdasarkan sumbernya polimer dapat dibagi menjadi polimer alam dan polimer sintetik. a) Polimer Alam Polimer alam adalah polimer yang terjadi melalui proses alami. Contoh polimer alam anorganik seperti tanah liat, pasir, sol-gel, silika, siloksan. Sedangkan contoh polimer organik alam adalah karet alam dan selulosa yang berasal dari tumbuhan, wol dan sutera yang berasal dari hewan serta asbes yang berasal dari mineral. b) Polimer Sintetik Polimer sintetik adalah polimer yang dibuat melalui reaksi kimia sepeti karet fiber, nilon, poliester, polisterena, polietilen.
2.1.1.2. Berdasarkan struktur rantainya, polimer dapat dibagi menjadi tiga jenis struktur yaitu : a) Polimer Rantai Lurus Jika pengulangan kesatuan berulang itu lurus (seperti rantai) maka molekulmolekul polimer seringkali digambarkan sebagai molekul rantai atau rantai polimer. b) Polimer Bercabang Beberapa rantai lurus atau bercabang dapat bergabung melalui sambungan silang membentuk polimer bersambung silang. c) Polimer Tiga Dimensi atau Polimer Jaringan
7
Jika sambungan silang terjadi beberapa arah, maka terbentuk polimer sambungsilang tiga dimensi yang sering disebut polimer jaringan. 2.1.1.3. Berdasarkan sifat termal polimer dibagi menjadi dua jenis yaitu : a) Polimer Termoplastik Polimer ini mempunyai sifat fleksibel, dapat melunak bila dipanaskan dan kaku (mengeras) bila didinginkan. Contoh: polietilen (PE), polipropilen (PP), polivinil klorida (PVC), nilon, dan poliester. b) Polimer Termoset Polimer jenis ini mempunyai berat molekul yang ringgi, tidak melunak, dan sukar larut. Contoh : polimetan sebagai bahan pengemas dan melamin formaldehida (formika).
2.1.1.4. Berdasarkan komposisinya polimer terdiri dari dua jenis yaitu: a) Homopolimer Polimer yang disusun oleh satu jenis monomer dan merupakan polimer yang paling sederhana. b) Heteropolimer (kopolimer) Polimer yang terbuat dari dua atau lebih monomer. Terdapat beberapa jenis kopolimer yaitu: 1) Kopolimer acak yaitu sejumlah kesatuan berulang yang berbeda tersusun secara acak pada rantai polimer. 2) Kopolimer berselang-seling yaitu beberapa kesatuan berulang yang berbeda berselang-seling dalam rantai polimer.
8
3) Kopolimer cangkuk/graf/tempel yaitu kelompok satu macam kesatuan berulang tercangkuk pada polimer tulang punggung lurus yang mengandung hanya satu macam kesatuan berulang.
2.1.1.5. Berdasarkan fasenya, polimer terdiri dari dua jenis yaitu: a) Kristalin Susunan antara rantai yang satu dengan rantai yang lain adalah teratur dan mempunyai titik leleh (melting point). b) Amorf Susunan antara rantai yang satu dengan yang lain orientasinya acak dan mempunyai temperatur transisi gelas (Billmeyer, 1984).
Polimer terbentuk dari susunan monomer-monomer dengan melalui proses polimerisasi. Polimerisasi adalah proses pembentukan polimer dari monomernya. Reaksi tersebut akan menghasilkan polimer dengan susunan ulang tertentu. Polimerisasi dikelompokkan menjadi dua golongan, yaitu polimerisasi adisi dan polimerisasi kondensasi.
1. Polimerisasi Adisi Polimerisasi ini melibatkan reaksi rantai dan dapat berupa radikal bebas atau beberapa ion yang menghasilkan polimer yang memiliki atom sama seperti monomer dalam gugus ulangnya. Polimer ini melibatkan reaksi adisi dari monomer yang memiliki ikatan rangkap. Contoh polimer ini yakni polietilen, polipropilen, polivinil klorida, dan lain-lain.
9
Tahap reaksi polimeriasi adisi: a) Inisiasi Pembentukan pusat aktif hasil peruraian suatu inisiator. Peruraian suatu inisiator dapat dilakukan menggunakan panas, sinar UV, dan sinar gamma (radiasi). b) Propagasi (perambatan) Tahapan dimana pusat aktif bereaksi dengan monomer secara adisi kontinyu (berlanjut). c) Terminasi (pengakhiran) Tahapan dimana pusat aktif dinonaktifkan pada tahap akhir. Penonaktifan ini dapat dilakukan dengan menggandengkan radikal atau kombinasi dan disporposionasi yang melibatkan transfer suatu atom dari satu ujung rantai ke ujung rantai lainnya. Berikut contoh reaksi polimer adisi pada Gambar 1.
Gambar 1. Prinsip Reaksi Adisi.
10
2. Polimerisasi Kondensasi Polimerisasi kondensasi adalah reaksi yang terjadi antara dua molekul bergugus fungsi banyak yang menghasilkan molekul besar dengan disertai pelepasan molekul kecil seperti air melalui reaksi kondensasi. Contoh reaksi polimerisasi kondensasi dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Salah satu contoh reaksi polimerisasi kondensasi.
Ciri-ciri polimerisasi kondensasi: 1. Berlangsung secara bertahap melalui reaksi antara pasangan-pasangan gugus fungsi ujung. 2. Berat molekul polimer bertambah secara bertahap. 3. Kereaktifan suatu gugus fungsi dalam bentuk polimernya sama dengan dalam bentuknya sewaktu dalam bentuk monomer. 4. Dapat membentuk struktur cincin, bergantung pada keluwesan gugus yang terlibat dan ukuran cincin yang terbentuk. 5. Dapat membentuk polimer bercabang atau sambung silang apabila gugus fungsi kedua monomer lebih dari dua.
11
6. Dalam tahap tertentu terbentuknya struktur jaringan, maka terjadi perubahan sifat polimer yang mendadak misalnya campuran reaksi berubah dari cairan menjadi bentuk gel. 7. Derajat polimerisasi dikendalikan dengan variasi waktu dan suhu. 8. Penghentian polimeriasi kondensasi dapat dilakukan dengan penambahan penghenti ujung seperti asam etanoat, penambahan salah satu monomer berlebih dan penambahan pada suhu tertentu.
2.2. BIOPLASTIK
Plastik merupakan polimer tinggi yang dibentuk dari proses polimerisasi. Menurut Shreve dan Brink (1975) plastik didefinisikan sebagai materi yang bahan utamanya adalah molekul organik terpolimerisasi dengan bobot molekul tinggi. Produk akhirnya padat, dan pada beberapa bagian tahap produksinya dapat dibentuk sesuai dengan yang dinginkan. Plastik merupakan salah satu bentuk polimer yang dapat dengan mudah diubah dari bentuk satu ke bentuk lain. Nama plastik didasarkan pada sifat bahan yang dalam salah satu tahap pengolahannya bahan tersebut ada dalam keadaan plastik atau kenyal (Oktaviana, 2002).
Bioplastik merupakan plastik yang terbuat dari bahan alami dan disebut juga sebagai plastik biodegradabel karena sifatnya yang dapat didegradasi dan akan hancur terurai oleh aktivitas mikroorganisme menjadi air dan gas karbondioksida setelah habis terpakai dan terbuang ke lingkungan. Karena sifatnya yang dapat kembali ke alam, plastik biodegradabel merupakan plastik yang ramah lingkungan. Berdasarkan bahan
12
baku yang dipakai, plastik biodegradabel dikelompokkan menjadi dua kelompok, yaitu kelompok dengan bahan baku petrokimia seperti poli (ɛ-kaprolakton) (PCL) dan kelompok dengan bahan baku produk tanaman seperti pati dan selulosa. Jika kelompok pertama menggunakan sumber daya alam yang tidak terbarukan (nonrenewable resources), maka yang kedua menggunakan sumber daya alam yang terbarukan (renewable resources). Saat ini polimer plastik biodegradabel yang telah diproduksi adalah kebanyakan dari polimer jenis poliester alifatik (Pranamuda, 2001).
Faktor-faktor yang dapat menyebabkan plastik biodegradabel terurai, yaitu : 1. Cahaya (fotodegradasi) 2. Hirolisis (degradasi kimiawi) 3. Bakteri / Jamur 4. Enzim (degradasi enzimatik) 5. Angin, Abrasi (degradasi mekanik)
Beberapa contoh polimer plastik biodegradabel yang sudah diproduksi dalam skala industri yaitu poli (ɛ-kaprolakton) (PCL), poli (α-hidroksi butirat) (PHB), poli (butilena suksinat) (PBS), poliasam laktat (PLA). PCL adalah polimer hasil sintesis kimia menggunakan bahan baku minyak bumi. PCL mempunyai sifat biodegradabilitas yang tinggi, dapat dihidrolisis oleh enzim lipase dan esterase yang tersebar luas pada tanaman, hewan, dan mikroorganisme. Kekurangan dari PCL adalah titik lelehnya yang rendah yaitu 60 oC menyebabkan bidang aplikasinya menjadi terbatas.
13
Biodegradable plastic merupakan suatu bahan dalam kondisi dan waktu tertentu mengalami perubahan dalam struktur kimianya oleh pengaruh mikroorganisme seperti bakteri, jamur, dan alga. Biodegradable plastic dapat pula diartikan sebagai suatu material polimer yang berubah menjadi senyawa dengan berat molekul rendah dimana paling sedikit satu atau beberapa tahap degradasinya melalui metabolisme organisme secara alami (Latief, 2001). Polimer-polimer yang mampu terdegradasi harus memenuhi beberapa kriteria, yaitu mengandung salah satu dari jenis ikatan asetal, amida, atau ester, memiliki berat molekul dan kristalinitas rendah, serta memiliki hidrofilitas yang tinggi. Persyaratan ini tidak sesuai dengan spesifikasi teknis plastik yang diinginkan dan dibutuhkan pasar sehingga perlu adanya pengoptimalan pengaruh berat molekul, kristalinitas dan hidrofilitas terhadap biodegradabilitas dan sifat mekanik (Narayan, 2006). Biodegradable plastic dapat dihasilkan melalui tiga cara yaitu: - Biosintesis, seperti pada pati dan selulosa - Bioteknologi, seperti pada polyhydroxyl fatty acid - Proses sintesis kimia seperti pada pembuatan poliamida, poliester dan polivinil Alkohol.
Pada dasarnya terminologi biodegradable plastic, merupakan salah satu pengertian turunan dari bioplastik, dimana bioplastik didefinisikan sebagai: 1. Penggunaan sumber daya alam terbarukan dalam produksinya (biobased) - Mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar fosil - Meningkatkan konsumsi sumber daya alam yang dapat diperbaharui
14
- Mempromosikan sumber daya alam sekitar
2. Sifat biodegradabilitas atau kompostabilitas (biodegradable plastic) - Dapat dibuang dan hancur terurai - Segmentasi produk untuk kemasan pangan - Mampu mengalihkan pengolahan sampah dari landfill dan incinerator (Narayan, 2006).
Kelompok biopolimer yang menjadi bahan dasar dalam pembuatan biodegradable plastic, yaitu: 1. Campuran biopolimer dengan polimer sintetis. Bahan ini memiliki nilai biodegradabilitas yang rendah dan biofragmentasi sangat terbatas. 2. Poliester. Biopolimer ini dihasilkan secara fermentasi dengan mikroba genus Alcaligenes dan dapat terdegradasi secara penuh oleh bakteri, jamur, dan alga. 3. Polimer pertanian. Polimer pertanian diantaranya, cellophan, seluloasetat, kitin, pullulan (Latief, 2001).
2.3. ONGGOK SINGKONG
Singkong (Manihot utilissima) atau disebut juga ketela pohon atau ubi kayu merupakan tanaman penghasil pangan kedua terbesar setelah padi di Indonesia, sehingga mempunyai prospek yang besar sebagai sumber karbohidrat untuk bahan pangan dan keperluan industri. Industri tapioka adalah industri yang paling banyak
15
menggunakan ubi kayu. Proses pengolahan ubi kayu menjadi tepung tapioka menghasilkan produk sampingan berupa padatan yang disebut onggok dan hasil buangan berupa cairan yang disebut “sludge”. Gambar ampas singkong (onggok) dan singkong dapat disajikan pada Gambar 3.
a
b
Gambar 3. Singkong (a) dan Ampas Singkong (Onggok) (b).
Produksi tapioka dari satu ton ubi kayu segar diperoleh sekitar 114 kg onggok (Enie,1989). Haroen (1993) merinci lebih lengkap tentang presentase dari produk utama berupa tepung tapioka berkisar 20-24 %, sementara limbah yang dihasilkan selama proses pengolahan berturut-turut untuk kulit luar, kulit dalam, dan onggok adalah 2 %, 15 %, dan 5-15 %. Onggok masih mengandung karbohidrat yang cukup tinggi, namun protein kasar dan lemaknya rendah. Komposisi kimia onggok beragam, bergantung pada mutu bahan baku, efisiensi proses ekstraksi pati, dan penanganan onggok itu sendiri (Ciptadi et al.,1983).
16
Selain itu juga, onggok singkong masih banyak mengandung senyawa-senyawa gula seperti sukrosa, glukosa, fruktosa, dekstran, galaktosa, asam nitrat, dan lain-lain. Komposisi kimia dari onggok/ampas singkong dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Kandungan nutrisi Ampas singkong/onggok. No
Parameter
Persentase (%)
1
Karbohidrat
68,00
2
Protein
1,57
3
Lemak
0,26
4
Serat Kasar
10,00
5
Kadar Air
20,00
Sumber : http://agribisnis.web.id.
Onggok singkong merupakan limbah atau hasil samping dari produksi tapioka yang belum dimanfaatkan secara maksimal dan mempunyai nilai ekonomis. Selain itu, onggok singkong memiliki kandungan karbohidrat yang merupakan komponen utama yang terkandung di dalam onggok singkong yaitu sekitar 65, 90 %. Oleh karena itu, sangat mungkin dilakukan modifikasi terhadap senyawa karbohidrat yang terdapat pada limbah padat onggok. Onggok singkong mempunyai sifat fisik yang kurang menguntungkan diantaranya elastisitas, kekerasan, stabilitas mekanik dan peka terhadap kelembaban. Sifat-sifat tersebut dapat ditingkatkan melalui modifikasi, antara lain dengan teknologi pencampuran (blending), derivarisasi kimia, dan kopolimerisasi grafting (graft co-polymerization) (Wang, 2004).
17
2.4. POLI ASAM LAKTAT ( PLA )
Poli asam laktat atau poly lactic acid (PLA) merupakan suatu polimer biodegradabel yang diperoleh dari asam laktat. PLA termasuk kedalam golongan poliester alifatik yang dapat terdegradasi maupun teruraikan di dalam tanah. PLA merupakan bahan serbaguna yang 100 % dibuat dari bahan baku yang dapat didaur ulang seperti jagung, gula, gandum, dan bahan-bahan yang memiliki pati dalam jumlah banyak (Koesnandar, 2004). PLA merupakan termoplastik biodegradabel yang disusun oleh monomer-monomer asam laktat. Melalui polimerisasi asam laktat akan dibentuk PLA yang merupakan bahan dasar plastik biodegradabel. PLA bersifat biodegradabel karena memiliki beberapa gugus hidroksil pada ujung rantainya. Selain itu juga PLA bersifat biokompatibel artinya polimer ini dapat diterima dalam tubuh tanpa menimbulkan efek berbahaya.
PLA merupakan kristal polimer dan mempunyai sifat rapuh, sehingga dalam pembuatannya dibutuhkan plasticizer untuk menambah sifat mekanis PLA tersebut. Struktur PLA dapat dilihat pada Gambar 4 ( Liu et al, 2004) sementara sifat fisik dan mekanik PLA dapat dilihat pada Tabel 2.
Gambar 4. Struktur Poli Asam Laktat.
18
Berdasarkan sifat mekanik, barrier, fisik, dan kimia PLA mempunyai kombinasi yang cocok untuk digunakan sebagai bahan sekali pakai atau sebagai bahan pengemas makanan. PLA diharapkan dapat menggantikan plastik konvensional karena mempunyai emisi gas CO2 lebih rendah sehingga dapat mengurangi pemanasan global (Widiarto, 2009).
Tabel.2 Sifat fisik dan mekanik PLA yaitu sebagai berikut : Kerapatan
1,25
Titik leleh
161 oC
Kristalinitas
0-1 %
Suhu peralihan kaca (Tg)
61 oC
Modulus
2050 Mpa
Regangan
9%
Biodegradasi
100
Permeabilitas air
172 g/me
Tegangan permukaan
50 mN.nm
Poli asam laktat dapat diproduksi dengan tiga metode yaitu polikondensasi langsung (direct condensation polymerization). Keberadaan gugus hidroksil dan karboksil pada asam laktat dapat diubah secara langsung menjadi poliester melalui reaksi polikondensasi konvensional. Namun, reaksi polikondensasi konvensional asam laktat ini tidak cukup untuk meningkatkan bobot molekulnya dan dibutuhkan waktu
19
yang sangat lama karena sulitnya untuk mengeluarkan air dari produk yang memadat, sehingga produk air yang dihasilkan justru akan menghidrolisis polimer yang terbentuk. Reaksi polikondensasi konvensional hanya mampu menghasilkan PLA dengan bobot molekul kurang dari 1,6 x 104 yang cirinya seperti kaca bergetas. Kedua, yaitu kondensasi dehidrasi azeotropik dengan menggunakan pelarut azeotropik yang dapat menghasilkan PLA dengan berat molekul mencapai 15.400 dan rendemen sebesar 89 % dan metode ketiga yaitu polimerisasi pembukaan cincin (ring opening polymerization/ROP) yang dilakukan melalui tiga tahapan, yaitu polikondensasi asam laktat, depolimerisasi sehingga membentuk dimer siklik (lactida), dan dilanjutkan dengan polimerisasi pembukaan cincin, shingga diperoleh PLA dengan berat molekul 2 x 104 hingga 6,8 x 105 (Hyon et al., 1998).
Metode yang umum dipakai untuk menghasilkan PLA adalah melalui reaksi polimerisasi pembukaan cincin (ROP) laktida. ROP berlangsung dengan menggunakan katalis dalam bentuk ion logam seperti seng, dibutil seng, timbal, timah(II) 2-etilheksanoat, timah (IV) halida, dan beberapa alkoksida logam lainnya (sebagian besar katalis dalam reaksi ROP ini bersifat toksik dan cukup berbahaya untuk aplikasi pangan serta medis) yang sangat diperlukan untuk memulai reaksi polimerisasi. Berdasarkan inisiator, reaksi ROP dapat berlangsung melalui beberapa mekanisme radikal bebas (Touminen, 2003). Dibandingkan dengan metode-metode polimerisasi asam laktat, metode ROP merupakan metode yang sangat kompleks dan menghasilkan PLA dengan ciri yang baik untuk berbagai aplikasi seperti pengemasan (Ajioka et al.,1998).
20
Menurut Botelho (2004), kelebihan poli asam laktat dibandingkan dengan plastik yang terbuat dari minyak bumi adalah : 1. Biodegradable, artinya poli asam laktat dapat diuraikan secara alami di lingkungan oleh mikroorganisme. 2. Biocompatible, dimana pada kondisi normal, jenis plastik ini dapat diterima oleh sel atau jaringan biologi. 3. Dihasilkan dari bahan yang dapat diperbaharui (termasuk sisa industri) dan bukan dari minyak bumi. 4. 100 % recyclable (dapat di daur ulang) melalui hidrolisis asam laktat dapat diperoleh dan digunakan kembali untuk aplikasi yang berbeda atau bisa digabungkan untuk menghasilkan produk lain. 5. Tidak menggunakan pelarut organik/bersifat racun dalam memproduksi poli asam laktat. 6. Dapat dibakar sempurna dan menghasilkan gas CO2 dan air.
Saat ini, PLA sudah digunakan untuk beragam aplikasi, diantaranya dibidang medis, kemasan dan tekstil. Dibidang medis, PLA sudah lama digunakan sebagai benang jahit pada saat operasi serta bahan pembungkus kapsul. Selain itu pada dasawarsa terakhir PLA juga dikembangkan dalam upaya perbaikan jaringan tubuh manusia. PLA juga telah dikembangkan untuk pembuatan kantong plastik (retail bags), kontainer, bahkan edible film untuk sayuran dan buah. Dalam bentuk film dan bentuk foam digunakan untuk pengemas daging, produk susu, atau roti. Dapat juga digunakan dalam bentuk botol dan cangkir sekali pakai untuk kemasan air, susu, jus
21
dan minuman lainnya. Piring, mangkok, nampan, tas, film pertanian merupakan penggunaan lain dari jenis plastik ini. Selain itu, dibidang tekstil PLA juga telah diaplikasikan untuk pembuatan kaos dan tas. Di Jepang, PLA bahkan sudah dikembangkan sebagai bahan dasar pembuatan compact disc (CD) oleh Sanyo (Saputro, 2012).
2.5. PLASTICIZER
Bahan non volatil dengan berat molekul rendah, mempunyai titik didih tinggi apabila ditambahkan pada material lain dan dapat merubah sifat material tersebut disebut plasticizer. Penambahan plasticizer dapat menurunkan kekuatan intermolekular dan meningkatkan fleksibilitas film dan menurunkan sifat barrier film. Gliserol dan sorbitol merupakan plasticizer yang efektif karena memiliki kemampuan untuk mengurangi ikatan hidrogen internal pada ikatan intermolekular, plasticizer ditambahkan pada pembuatan film untuk mengurangi kerapuhan, meningkatkan fleksibilitas dan ketahanan film terutama jika disimpan paa suhu rendah (Kemala, 1998).
Penambahan plasticizer ini dapat meningkatkan fleksibilitas dan ekstensibilitas film, menghindari film dari keretakan, meningkatkan permeabilitas terhadap gas, uap air dan zat terlarut, dan meningkatkan elastisitas film. Beberapa jenis plasticizer yang dapat digunakan dalam pembuatan edible film adalah gliserol, lilin lebah, polivinil alkohol (PVA), dan sorbitol (Julianti, 2007).
22
2.6. GLISEROL
Gliserol adalah senyawa yang netral, dengan rasa manis tidak berwarna, cairan kental dengan titik lebur 20 oC dan mempunyai titik didih yang tinggi yaitu 290 oC. Gliserol dapat larut sempurna dengan air dan alkohol, tetapi tidak larut dalam minyak. Sebaliknya banyak zat yang dapat lebih mudah larut dalam gliserol dibanding dalam air maupun alkohol. Oleh karena itu gliserol merupakan pelarut yang baik untuk melarutkan berbagai senyawa. Senyawa ini bermanfaat sebagai anti beku (anti freeze) dan juga merupakan senyawa yang higroskopis sehingga banyak digunakan untuk mencegah kekeringan pada tembakau, pembuatan parfum, tinta, kosmetik, makanan, minuman, dan lainnya (Yusmarlela, 2009). Struktur gliserol dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 5. Struktur gliserol.
23
2.7 . Spektrofotometri Fourier Transform Infrared (FTIR)
Spektrofotometri Infra Merah merupakan suatu metode yang mengamati interaksi molekul dengan radiasi elektromagnetik yang berada pada panjang gelombang 0,75 – 1,00 µm atau pada bilangan gelombang 13.000 – 10 cm-1. Radiasi elektromagnetik dikemukakan pertama kali oleh James Clark Maxwell, yang menyatakan bahwa cahaya secara fisis merupakan gelombang elektromagnetik, artinya mempunyai vektor listrik dan vektor magnetik yang keduanya saling tegak lurus dengan arah rambatan. Pada dasarnya Spektofotometer FTIR adalah sama dengan Spektrofotometer IR dispersi, yang membedakannya adalah pengembangan pada sistem optiknya sebelum berkas sinar infra merah melewati contoh.
Secara keseluruhan, analisis menggunakan spektrofotometer ini memiliki dua kelebihan utama dibandingkan Spektrofotometer Infra Red jenis dispersi yaitu : 1.
Dapat digunakan pada semua frekuensi dari sumber cahaya secara simultan sehingga analisis dapat dilakukan lebih cepat.
2.
Sensitifitas dari metoda Spektrofotometri FTIR lebih besar daripada cara
dispersi, sebab radiasi yang masuk ke sistem detektor lebih banyak karena tanpa harus melalui celah (Hsu, 1994).
Pada sistim optik FTIR digunakan radiasi LASER (Light Amplification by Stimulated Emmission of Radiation) yang berfungsi sebagai radiasi yang diinterferensikan dengan radiasi infra merah agar sinyal radiasi infra merah yang diterima oleh detektor secara utuh dan lebih baik. Detektor yang digunakan dalam Spektrofotometer FTIR
24
adalah TGS (Tetra Glycerine Sulphate) atau MCT (Mercury Cadmium Telluride). Detektor MCT lebih banyak digunakan karena memiliki beberapa kelebihan dibandingkan detektor TGS, yaitu memberikan respon yang lebih baik pada frekwensi modulasi tinggi, lebih sensitif, lebih cepat, tidak dipengaruhi oleh temperatur, sangat selektif terhadap energi vibrasi yang diterima dari radiasi infra merah. Vibrasi yang digunakan untuk identifikasi adalah vibrasi tekuk, khususnya vibrasi rocking (goyangan), yaitu yang berada di daerah bilangan gelombang 2000–400 cm-1. Karena di daerah antara 4000–2000 cm-1 merupakan daerah yang khusus yang berguna untuk identifkasi gugus fungsional. Daerah ini menunjukkan absorbs yang disebabkan oleh vibrasi regangan. Sedangkan daerah antara 2000–400 cm-1 seringkali sangat rumit, karena vibrasi regangan maupun bengkokan mengakibatkan absorbsi pada daerah tersebut. Dalam daerah 2000–400 cm-1 tiap senyawa organik mempunyai absorbsi yang unik, sehingga daerah tersebut sering juga disebut sebagai daerah sidik jari (fingerprint region). Meskipun pada daerah 4000–2000 cm-1 menunjukkan absorbsi yang sama, pada daerah 2000–400 cm-1 juga harus menunjukkan pola yang sama sehingga dapat disimpulkan bahwa dua senyawa adalah sama. Pada analisis dengan spektrofotometer FTIR diharapkan terlihat pita serapan melebar dengan intensitas kuat pada daerah 3500-3000 cm-1 yang menunjukkan karakteristik vibrasi ulur OH, pita serapan diatas 3300 cm-1 yang menunjukkan karakteristik vibrasi ulur NH amina. Pita serapan lainnya yang menunjukkan adanya vibrasi NH amina yaitu pada daerah 1650-1550 cm-1 yang menunjukkan vibrasi tekuk NH2
25
(amina primer), diharapkan muncul pita serapan pada daerah 1250-1000 cm-1 yang menunjukkan vibrasi ulur CN, pita serapan pada daerah 3000-2850 cm-1 menunjukkan karakteristik vibrasi ulur CH, pita serapan lainnya pada daerah 14701350 cm-1 yang menunjukkan vibrasi tekuk CH, dan pita serapan pada daerah 1250970 cm-1 yang menunjukkan vibrasi tekuk C-O (Hsu, 1994).
Spektroskopi FTIR merupakan metode yang dapat digunakan untuk mengidentifikasi gugus fungsi yang terdapat dalam senyawa organik, gugus fungsi ini dapat ditentukan berdasarkan ikatan dari tiap atom. Prinsip kerja dari metode ini adalah sinar yang terserap menyebabkan molekul dari senyawa tervibrasi dan energi vibrasi diukur oleh detektor dan energi vibrasi dari gugus fungsi tertentu akan menghasilkan frekuensi yang spesifik. Alat ini mempunyai kemampuan lebih sensitif dibanding dengan alat dispersi dan dapat digunakan pada daerah yang sangat sulit atau tidak mungkin dianalisis dengan alat dispersi. Keuntungan yang diperoleh dari spektra yang rumit ini adalah dengan membandingkan spektra senyawa cuplikan asli. Kesesuaian puncak-puncak yang ada dapat dijadikan sebagai bukti tentang identitas senyawa tersebut (Silverstein et al., 1986). Skema peralatan FTIR menurut Harley dan Wiberley (1954) ditunjukkan pada Gambar 6.
26
Gambar 6. Skema Peralatan FTIR.
2.8. Scanning Electron Microscopy (SEM)
SEM adalah suatu instrumen penghasil berkas elektron pada permukaan spesimen target dan mengumpulkan serta menampilkan sinyal-sinyal yang diberikan oleh material target. Pada prinsipnya SEM terdiri dari kolom elektron, ruang sampel, dan sistem vakum. Dalam hal analisis morfologi kopolimer penggunaan alat SEM berkembang luas. Prinsip analisis menggunakan SEM adalah dengan sinyal elektron sekunder dapat dilihat pada skema Gambar 7.
27
Sumber Elektron Anoda Demagnetisasi 1
Demagnetisasi 2 Scan coil
Aperture Sampel Gambar 7. Skema Peralatan SEM.
Teknik SEM pada dasarnya merupakan pemeriksaan dan analisis permukaan. Data yang diperoleh merupakan data dari permukaan atau lapisan yang tebalnya sekitar 20 µm dari permukaan. Gambar permukaan yang diperoleh merupakan topografi dengan segala tonjolan, lekukan dan lubang pada permukaan. Gambar topografi diperoleh dengan penangkap elektron sekunder yang dipancarkan oleh spesimen. Sampel yang akan dianalisis dengan menggunakan teknik ini harus mempunyai permukaan dengan konduktivitas yang tinggi, karena polimer mempunyai konduktivitas yang rendah maka bahan perlu dilapisi dengan bahan konduktor (bahan pengantar) yang tipis. Bahan yang biasa digunakan adalah perak, tetapi jika
28
dianalisis dalam waktu yang lama lebih baik menggunakan emas atau campuran emas dan palladium. Berkas elektron diarahkan pada suatu permukaan spesimen yang telah dilapisi oleh suatu film konduktor. Pelapisan ini bertujuan agar polimer yang diguaakan dapat menghantarkan arus listrik sehingga dapat berinteraksi dengan berkas elektron. Berkas elektron yang berinterksi dengan spesimen dikumpulkan untuk mengetahui intensitas elektron pada suatu tabung televisi yang diarahkan serentak dengan sinar dari mikroskop. Interaksi berkas elektron dengan spesimen akan menghasilkan pola difraksi elektron yang dapat memberikan informasi mengenai kristalografi, jenis unsur serta distribusinya dan morfologi dari permukaan bahan (Wu et al, 2007).
2.9. Difference Scanning Colorimetry (DSC)
DSC (Difference Scanning Colometry) merupakan teknik yang digunakan untuk menganalisa dan mengukur perbedaan kalor yang masuk ke dalam sampel dan referensi sebagai pembandingnya. DSC dapat digunakan untuk mempelajari perubahan yang terjadi pada bahan pada saat dipanaskan. DSC dapat menentukan kapasitas panas ( heat capacity), suhu perubahan dari keadaan kaku ke keadaan elastis (glass transition,Tg), suhu pembentukan kristal (Tc), suhu perubahan dari padat menjadi cair (melting point,Tm), dan derajat pengkristalan (cristallinity). Di dalam alat DSC terdapat dua heater, dimana diatasnya diletakkan wadah sampel yang
29
diisi dengan smpel dan wadah kosong (reference). Wadah tersebut biasanya terbuat dari alumunium.
Komputer akan memerintahkn heater untuk menaikkan suhu dengan kecepatan tertentu, biasanya 10 oC per menit. Komputer juga memastikan bahwa peningkatan suhu pada kedua heater berjalan bersamaan. Apabila suhu kedua wadah naik bersamaan, maka akan terdapat perbedaan heat (panas) pada keduanya, karena wadah pertama berisi sampel sedangkan yang lain kosong. Perbedaan heat direkam oleh komputer dan ditampilkan dalam bentuk kurva heat flow berbanding dengan temperatur (Widiarto, 2007). Analisis DSC digunakan untuk mempelajari transisi fase, seperti melting, suhu transisi glass(Tg), atau dekomposisi eksotermik, serta untuk menganalisa kestabilan terhadap oksidasi dan kapasitas panas suatu bahan. Temperatur transisi gelas (Tg) merupakan salah satu sifat fisik penting dari polimer yang menyebabkan polimer tersebut memiliki daya tahan terhadap panas atau suhu yang berbeda-beda. Dimana pada saat temperatur luar mendekati temperatur transisi glassnya maka suatu polimer mengalami perubahan dari keadaan yang keras kaku menjadi lunak seperti karet (Hidayat, 2003).
